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在生物成像领域，荧光蛋白和 RNA 传感器一直是重要工具。然而，由于蛋白质和 RNA 的稳定性和多功能性有限，开发更通用、更稳定的传感器成为一个重要课题。

近日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的陆艺教授和合作者在JACS 杂志上发表了一种新型的基因编码荧光 DNA 核酸适配体（Genetically Encoded Fluorogenic DNA Aptamer, GEFDA）传感器，用于在活细胞中实时监测代谢物浓度。

图1. 基因编码荧光 DNA 核酸适配体用于活细胞代谢物的实时成像

目前的荧光传感器多基于荧光蛋白和 RNA 核酸适配体。然而，这些工具在小分子分析物检测方面面临瓶颈，例如结合范围有限、稳定性不足等问题。相比之下，DNA 核酸适配体具有更高的稳定性和更广的结合范围，但传统的 DNA 核酸适配体需要事先标记荧光染料并递送至细胞内，这限制了其实时监测能力。

本研究提出了一种新策略，将 DNA 核酸适配体编码至能够利用反转录酶表达单链DNA的质粒中，并通过细胞内表达持续生成传感器，克服了传统方法中传感器递送效率低、信号持续性差等问题。研究团队通过连接能与 ATP 结合的 DNA 核酸适配体和增强红色荧光的荧光核酸适配体，成功开发了适用于细菌和哺乳动物细胞的 GEFDA 传感器，并实现了对 ATP 浓度的实时成像。

研究团队首先验证了 dimethylindole red（DIR）荧光核酸适配体（DIRFA）的稳定性和灵敏度，并设计了基于 DIRFA 的分裂适配体（DASA）传感器，用于 ATP 检测。为提高信噪比和稳定性，该团队进一步开发了双体 DASA（dDASA）传感器，并将其编码至质粒中，实现了在细菌和哺乳动物细胞中的功能性表达。

dDASA 传感器在存在 ATP 时的荧光信号强度显著增强，可精确检测 ATP 浓度变化。在活细胞中表达GEFDA 传感器后，课题组实现了在单个活细胞中追踪 ATP 水平变化，例如通过调控细胞培养基中的葡萄糖或 ATP 抑制剂浓度，研究细胞代谢动态。该方法为代谢物成像提供了更稳定、灵活的工具，可扩展至检测多种小分子代谢物。

图2. 基因编码荧光 DNA 核酸适配体在Hela细胞中实时ATP成像

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